Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование технологии мониторинга и прогнозирования экологического состояния водной среды морского шельфа.

Докладчик: Зацепин Андрей Георгиевич

Должность: Заведующий лабораторией д.ф.-м.н.

Цель проекта:
Проект направлен на решение одной из важнейших задач устойчивого развития современного общества – научно-технического обеспечения организации рационального природопользования, основанного на эффективном экологическом мониторинге состояния природной среды. Масштабные проекты нефтегазодобычи, имеющие общегосударственное значение, в XXI-ом веке начали осуществляться на шельфе Каспийского и Охотского морей. Строятся и проектируются новые народнохозяйственные объекты в российской части Арктики. Компания «Роснефть» ведет изыскания и разработку технологий в целях глубоководного бурения в Черном море, в том числе на Туапсинском лицензионном участке. Ясно, что бесконтрольно, без оценки воздействий хозяйственной деятельности на природную среду бурение морского дна проводить нельзя. Слишком высока цена, которую придется заплатить за загрязнение акватории в случае техногенной аварии. Даже в условиях безаварийной работы хозяйственных объектов на морском шельфе нужно заранее просчитать и смоделировать процессы в акваториях, подверженных негативным воздействиям. А начинать надо с налаживания системы гидрометеорологических наблюдений и экологического контроля за зоной морского шельфа. Ввиду протяженности российского шельфа, приоритет должен быть отдан спутниковым средствам экологического мониторинга акваторий. Причем спутниковые дистанционные наблюдения из космоса должны опираться на несколько морских подспутниковых наблюдательных полигонов, на которых отрабатываются методы и калибруются данные спутниковых измерений с учетом региональных и климатических особенностей. Прежде всего, это относится к Азово-Черноморскому бассейну – по существу, единственной морской рекреационной зоне России, огромные инвестиции в которую не должны быть перечеркнуты из-за многочисленных рисков загрязнений морского шельфа. 1.2 Целью ПНИ является создание научно-технического задела в области технологии мониторинга и краткосрочного прогнозирования экологического состояния акватории морского шельфа Черного моря на основе спутниковых и контактных измерений и высокоразрешающей численной модели циркуляции моря. Эта технология должна базироваться на сочетании трех подходов, включающих в себя долговременные натурные наблюдения, проводящиеся с использованием новейших технических методов, анализа спутниковой информации и эко-гидродинамического численного моделирования. Исследование планируется выполнить в российском секторе шельфовой зоны Черного моря. В результате осуществления проекта будет опробована система мониторинга, основанная на долговременных измерениях вертикальных профилей ключевых параметров морской среды с помощью автоматических измерительных комплексов, размещенных на заякоренных буйковых и донных станциях и регулярных мультидисциплинарных судовых наблюдениях, произведена валидация данных спутникового мониторинга и верификация результатов численного моделирования и, основанного на этих результатах, краткосрочного (несколько суток) прогнозирования экологической обстановки на морском шельфе. Будет разработан Интернет-портал «polygon.ocean.ru» (включая программный комплекс, обеспечивающий его функционирование) по современным технологиям мониторинга экологического состояния морского шельфа Черного моря. В результате выполнения проекта будет представлено научно-техническое обоснование разработки автоматизированной системы экологического мониторинга шельфовой зоны Черного моря, основанной на интеграции результатов численного моделирования, контактных судовых и автономных наблюдений и спутниковых данных, которая обеспечит реализацию технологии непрерывного и репрезентативного экологического морского мониторинга в прибрежной зоне.

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Основные планируемые результаты проекта:
• Интернет-портал «polygon.ocean.ru» (включая программный комплекс, обеспечивающий его функционирование) по современным технологиям мониторинга экологического состояния морского шельфа Черного моря.
• Региональный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а» по спутниковым данным. Методика двухканального восстановления температуры морской поверхности Черного моря по данным спутникового сканера TIRS.
• Численная модель циркуляции вод Черного моря с улучшенным разрешением и сценарии циркуляции вод и распространения пассивной примеси (загрязнений) по данным натурных, автономных и спутниковых измерений.
• Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка автоматизированной системы экологического мониторинга шельфовой зоны Черного моря, основанной на интеграции результатов численного моделирования, контактных наблюдений и спутниковых данных».
2.2 Интернет-портал по современным технологиям мониторинга и прогнозирования экологического состояния морского шельфа Черного моря на основе спутниковых и контактных измерений и высокоразрешающей численной модели циркуляции моря должен содержать как научно-техническую, так и научно-популярную информацию. Для специалистов должна быть представлена информация о программе работ, составе исполнителей, составе и основных характеристиках оборудования; учебные и методические материалы; оперативные данные гидрометорологических измерений в акватории г. Геленджик, архив метаданных, результаты обработки и анализа данных измерений параметров морской среды, спутниковой информации и результатов численных расчетов циркуляции вод и распространения загрязнений в области черноморского шельфа. Программный комплекс, обеспечивающий функционирование интернет-портала, должен быть оптимизирован для работы со стандартный серверным программным обеспечением, включающим сервер Linux/Unix, HTTP-сервер Apache, сервер баз данных MySQL версии не ниже 5.Х.Х, и интегрированный язык программирования PHP версии не ниже 5.3.X.
Регионально адаптированный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а» по спутниковым данным будут обеспечивать восстановление ежедневных полей концентрации хлорофилла без пропусков данных с точностью не хуже 0.2 мг/л в центральной части бассейна и 0.8-1.0 мг/л в прибрежных районах. Для алгоритма будут использоваться спутниковые данные (МОДИС, SeaWiFS) с пространственным разрешением 1,1 км и контактные данные с пространственным рассогласованием не более 2-4 км (в зависимости от пространственных характеристик поля хлорофилла «а») и временным рассогласованием не более 6 часов. Методика двухканального восстановления температуры морской поверхности по данным спутникового сканера TIRS будет обеспечивать точность восстановления температуры поверхности моря по спутниковым данным не хуже 0.3-0.5оС.
2.3 Запланированные в рамках данного проекта технологические решения имеют высокую степень новизны. Новым является подход к экологическому мониторингу прибрежной зоны, основанный на сочетании долговременных и регулярных натурных наблюдениях, проводящиеся с использованием новейших технических методов, анализа спутниковой информации и эко-гидродинамического численного моделирования. Не являются разработанными региональный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а» по спутниковым данным, а также методика двухканального восстановления температуры морской поверхности Черного моря по данным спутникового сканера TIRS. Новым шагом является построение численной модели циркуляции вод Черного моря с улучшенным разрешением (фокусом) в районе подспутникового полигона на шельфе и континентальном склоне г. Геленджик и разработка сценариев циркуляции вод и распространения пассивной примеси (загрязнений) при различных внешних воздействиях. Новизной обладает и состав автономных измерительных комплексов, включающий в себя зонд-профилограф «Аквалог» на заякоренной буйковой станции, являющийся отечественной разработкой, а также «парное» использование донных станций с акустическим допплеровским профилографом течения (ADCP) с заякоренными термокосами. Все эти комплексы обеспечивают совместное измерение профилей скорости течения и стратификации вод, оказывающей значительное влияние на гидрохимическую и биологическую структуру вод прибрежной зоны.
2.4 В настоящее время как на Черном море, так и в акваториях других морей Российской Федерации, отсутствуют системы автоматизированного экологического мониторинга шельфовой зоны, основанные на интеграции результатов численного моделирования, контактных судовых и автономных наблюдений и спутниковых данных. За границей, в странах с продвинутой технологией морских наблюдений, таких как США, Канада, Великобритания и др. имеются автоматизированные системы экологического мониторинга. Примером такого рода может служить подводная обсерватория Neptune, расположенная у северо-западного побережья североамериканского континента – на плато Хуан де Фука. В этой обсерватории десятки подводных роботизированных комплексов, расположенных на глубинах от 17 до 2660 метров, подключены к Интернету с помощью экранированного кабеля питания и оптоволоконных линий связи, представляя собой своеобразный кибернетический «подводный дом», позволяющий в режиме реального времени получать картину морского дна и вести измерения многих параметров морской среды. Однако стоимость реализации такой технологии автоматического мониторинга составляет многие миллионы долларов и она вряд ли может быть перспективна для массового использования. Технология экологического мониторинга морского шельфа и континентального склона, разрабатываемая в данном проекте, характеризуется относительной простотой и дешевизной реализации и поэтому может рассчитывать на широкое практическое внедрение.
2.5 Заявленные по проекту результаты будут получены в полном объеме в соответствии с требованиями технического задания. Основными способами получения результатов в данном проекте являются экспериментальные исследовательские и научно-технические работы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1 Планируемые результаты в виде технологии комплексного мониторинга гидрофизических, гидрохимических и биологических параметров морской среды на основе сочетания трех подходов, включающих в себя долговременные натурные наблюдения, проводящиеся с использованием новейших технических методов и средств, анализа спутниковой информации и эко-гидродинамического численного моделирования могут быть использованы при проведении комплексных научных океанологических исследований долговременных и кратковременных процессов в морской среде; для организации современного высокоэффективного экологического мониторинга морской среды, обеспечивающего рациональное природопользование, высокое социальное качество и санитарно-гигиеническое благополучие природной среды; для решения задач оптимизации в биоресурсных отраслях промышленности.
3.2 Результаты проведенных НИР могут быть использованы научно-производственными организациями и компаниями для развертывания подспутниковых полигонов для мониторинга состояния морской среды и исследования морских экосистем в различных акваториях океанов и морей. К таким организациям и компаниям относятся: Гидрографическая Служба ВМФ, МПР, МЧС, Федеральное агентство по рыболовству и другие государственные и региональные управления и ведомства, а также бизнес-структуры, нуждающиеся в получении репрезентативных данных о состоянии воздушной и морской среды в оперативном режиме, а также компании нефтегазовой отрасли ОАО «Лукойл», ОАО «Газпром», и ОАО «Роснефть», имеющие лицензии на разработку залежей углеводородов на морском шельфе.
3.3 Ожидаемый социально-экономический эффект использования планируемого результата НИР заключается в улучшении экологической обстановки за счет более рационального природопользования, основанного на оперативном экомониторинге морской среды. Кроме того, ожидаемый социально-экономический эффект использования планируемого результата НИР будет также заключается в создании принципиально новой продукции и технологий мониторинга морской среды.

Текущие результаты проекта:
• Региональный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а», адаптированный для Черного моря.
• Методика двухканального восстановления температуры морской поверхности Черного моря по данным спутникового сканера TIRS.
• Описание численной модели динамики вод Черного моря с улучшенным разрешением у побережья Геленджика в районе полигона ИОРАН.
• Программы и методики натурных комплексных исследований экологических параметров и натурных измерений с помощью автономных измерительных комплексов на подспутниковом полигоне в северо-восточной части Черного моря.
• Результаты натурных измерений и исследований в северо-восточной части Черного моря соответствии с программой и методикой исследований.